Informatics (E-Journal) / Информатика
Not a member yet
963 research outputs found
Sort by
Логическая минимизация при синтезе комбинационных структур в FPGA
Get PDFThe paper describes the research results of application efficiency of minimization programs of functional descriptions of combinatorial logic blocks, which are included in digital devices projects that are implemented in FPGA. Programs are designed for shared and separated function minimization in a disjunctive normal form (DNF) class and minimization of multilevel representations of fully defined Boolean functions based on Shannon expansion with finding equal and inverse cofactors. The graphical form of such representations is widely known as binary decision diagrams (BDD). For technological mapping the program of "enlargement" of obtained Shannon expansion formulas was applied in a way that each of them depends on a limited number of k input variables and can be implemented on one LUT-k – a programmable unit of FPGA with k input variables. It is shown that a preliminary logic minimization, which is performed on the domestic programs, allows improving design results of foreign CAD systems such as Leonardo Spectrum (Mentor Graphics), ISE (Integrated System Environment) Design Suite and Vivado (Xilinx). The experiments were performed for FPGA families’ Virtex-II PRO, Virtex-5 and Artix-7 (Xilinx) on standard threads of industrial examples, which define both DNF systems of Boolean functions and systems represented as interconnected logical equations.Описываются результаты исследования эффективности применения программ минимизации функциональных описаний блоков комбинационной логики, входящих в проекты цифровых устройств, реализуемых в FPGA (Field-Programmable Gate Array). Программы предназначены для раздельной и совместной минимизации функций в классе ДНФ (дизъюнктивных нормальных форм) и минимизации многоуровневых представлений систем полностью определенных булевых функций на основе разложения Шеннона с нахождением как равных, так инверсных коэффициентов (кофакторов) разложения. Графические формы таких представлений широко известны в литературе как BDD (Binary Decision Diagrams). Для технологического отображения применялась программа «укрупнения» полученных формул разложения Шеннона (логических уравнений), так, чтобы каждое из них зависело от ограниченного числа k входных переменных и могло быть реализовано на одном LUT-k ‑ программируемом элементе FPGA, имеющем k входных переменных (LUT ‑ Look-Up Table) . Показано, что предварительная логическая минимизация , выполняемая с помощью отечественных программ, позволяет улучшать результаты проектирования в зарубежных САПР (системах автоматизированного проектирования), таких как LeonardoSpectrum (ф. Mentor Graphics) и ISE (ф. Xilinx). Эксперименты проводились для семейств FPGA Virtex-II PRO и Virtex-5 (ф. Xilinx) на потоках стандартных промышленных примеров, задающих как системы дизъюнктивных нормальных форм булевых функций, так системы булевых функций в виде взаимосвязанных логических уравнений
Алгоритм предварительной обработки данных линейки приборов с зарядовой связью на основе адаптивного фильтра Винера
Get PDFThe researcher should choose the modes of recording spectra which allow to achieve the highest accuracy of spectral measurements in remote sensing systems. When registering a signal from aircraft which provide maximum coverage of the studied area, it is important to obtain a signal with the maximum signal-to- noise ratio in a minimum time, since the accumulation of spectra samples for averaging is impossible. The paper presents the experimental results of determining the noise components (readout noise, photon, electronic shot, pattern noise) for a monochrome uncooled CCD-line detector Toshiba TCD1304DG (CCD – charge-coupled devices) with various conditions of spectrum registration: detector temperature, exposition. Obtained dependences of the noise components make it possible to estimate the noise level for well-known conditions of spectra registration. The algorithm for processing CCD data based on an adaptive Wiener filter is proposed to increase the signal-to-noise ratio by using a priori information about the statistical parameters of the noise components. Such approach has allowed to increase the signal-to-noise ratio of sky spectral brightness by 4–9 dB for exposure times. The practical application of the algorithm has reduced the uncertainty in the vegetation index NDVI by 1.5 times when recording the reflection spectra of vegetation from the aircraft in the nadir measurement geometry.Для применения спектрометров в задачах дистанционного зондирования Земли исследователю необходимо выбирать режимы регистрации спектров, позволяющие добиться наивысшей точности спектральных измерений. При регистрации сигнала с борта авианосителей, обеспечивающих максимальный охват исследуемой территории, важно получить данные с максимальным отношением сигнал-шум за минимальное время, поскольку накопление выборки спектров для последующего усреднения невозможно. В работе представлены экспериментальные результаты определения компонентов шума (шума считывания; фотонного, электронного дробового и структурного шумов) для монохромной неохлаждаемой ПЗС-линейки Toshiba TCD1304DG (ПЗС – приборы с зарядовой связью) при различных условиях регистрации спектра: температуре детектора, времени экспозиции. Полученные зависимости компонентов шума позволяют оценить уровень шума для известных условий регистрации спектров. Предлагается алгоритм обработки данных ПЗС на основе адаптивного фильтра Винера с целью увеличения соотношения сигнал-шум путем использования априорной информации о статистических параметрах компонентов шума. Такой подход позволил увеличить отношение сигнал-шум спектров яркости небесной сферы на 4–9 дБ при регистрации сигнала на различных временах экспозиции. Практическое применение предлагаемого алгоритма уменьшило неопределенность расчета вегетационного индекса NDVI в 1,5 раза при регистрации спектров отражения растительности с борта самолета в надирной геометрии измерений
Комплексный анализ данных при исследовании сложных биомолекулярных систем
Get PDFThe biomolecular technology progress is directly related to the development of effective methods and algorithms for processing a large amount of information obtained by modern high-throughput experimental equipment. The priority task is the development of promising computational tools for the analysis and interpretation of biophysical information using the methods of big data and computer models. An integrated approach to processing large datasets, which is based on the methods of data analysis and simulation modelling, is proposed. This approach allows to determine the parameters of biophysical and optical processes occurring in complex biomolecular systems. The idea of an integrated approach is to use simulation modelling of biophysical processes occurring in the object of study, comparing simulated and most relevant experimental data selected by dimension reduction methods, determining the characteristics of the investigated processes using data analysis algorithms. The application of the developed approach to the study of bimolecular systems in fluorescence spectroscopy experiments is considered. The effectiveness of the algorithms of the approach was verified by analyzing of simulated and experimental data representing the systems of molecules and proteins. The use of complex analysis increases the efficiency of the study of biophysical systems during the analysis of big data.Развитие биомолекулярных технологий напрямую связано с разработкой эффективных методов и алгоритмов обработки большого объема информации, получаемой с помощью современного высокопроизводительного экспериментального оборудования. В числе приоритетных задач – разработка перспективных инструментов анализа и интерпретации биофизической информации с использованием методов анализа больших данных и компьютерных моделей.Предложен комплексный подход к обработке больших наборов данных на основе методов интеллектуального анализа данных и имитационного моделирования, позволяющий определять параметры биофизических и оптических процессов, происходящих в сложных биомолекулярных системах. Идея комплексного подхода состоит в использовании имитационного моделирования биофизических процессов, протекающих в объекте исследования, сравнении отобранных методами снижения размерности смоделированных и наиболее информативных экспериментальных данных, определении характеристик исследуемых процессов с применением алгоритмов интеллектуального анализа данных.Рассмотрено применение разработанного подхода для исследования бимолекулярных систем в экспериментах флуоресцентной спектроскопии. Эффективность алгоритмов подхода проверена в ходе анализа смоделированных и экспериментальных данных, представляющих системы молекул и белков. Применение комплексного анализа повышает эффективность исследования биофизических систем в ходе анализа больших данных
Аналитическое решение задачи экранирования низкочастотного магнитного поля тонкостенным цилиндрическим экраном в присутствии цилиндра
Get PDFThe analytical solution of boundary value problem describing the process of penetration of low-frequency magnetic field through thin-walled cylindrical screen with cylindrical inclusion is constructed by use of approximate boundary conditions. The source of the field is a thin thread of infinitely small length with an infinitely small cross-section where current circulates. Thread is located in a plane which is perpendicular to axis of cylindrical screen, in outer region with respect to a screen. Initially the potential of initial magnetic field is represented as spherical harmonic functions, then using addition theorems connecting spherical and cylindrical harmonic functions, it became as cylindrical harmonic functions superposition. Secondary potentials of magnetic field are also presented as superposition of cylindrical harmonic functions in three-dimensional space. It is shown that the solution of formulated boundary value problem is reduced to the solution of linear algebraic equations system for coefficients included in the representation of secondary fields. The influence of some aspects of the problem on the value of the screening coefficient of an external magnetic field when passing through a cylindrical copper screen in the presence of a cylindrical inclusion is studied numerically. Calculation results are presented in graphs form. Obtained results can be used to shield technical devices and biological objects against the effects of magnetic fields to provide ecological surrounding of operating electrical installations and devices.Построено аналитическое решение граничной задачи, описывающей процесс проникновения низкочастотного магнитного поля через тонкостенный цилиндрический экран в присутствии цилиндра, с использованием приближенных граничных условий. Источником поля является тонкая нить бесконечно малой длины с бесконечно малым поперечным сечением, по которой циркулирует ток. Нить расположена в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического экрана, во внешней области по отношению к экрану. Первоначально потенциал исходного магнитного поля был представлен в виде сферических гармонических функций, затем с помощью теорем сложения, связывающих сферические и цилиндрические гармонические функции, стал представлен в виде суперпозиции цилиндрических гармонических функций. Вторичные потенциалы магнитного поля также представлены в виде суперпозиции цилиндрических гармонических функций в трехмерном пространстве. Показано, что решение поставленной граничной задачи сведено к решению системы линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов, входящих в представление вторичных полей. Численно исследовано влияние некоторых параметров задачи на значение коэффициента экранирования внешнего магнитного поля при прохождении через цилиндрический экран из меди в присутствии цилиндра. Результаты вычислений представлены в виде графиков. Полученные результаты могут быть использованы для экранирования технических устройств и биологических объектов от воздействия магнитных полей и обеспечения экологической среды вокруг работающих электроустановок и устройств
Распознавание логических вентилей в плоской транзисторной схеме
Get PDFO b j e c t i v e s. With the increasing complexity of verification and simulation of modern VLSI, containing hundreds of millions of transistors, the means of extracting the hierarchical description at the level of logical elements froma flat description of circuits at the transistor level are becoming the main tools for computer-aided design and verification. Decompilation tools for transistor circuits can not only significantly reduce the time to perform VLSI topology check, but also provide the basis for generating test cases, logical reengineering of integrated circuits and reverse engineering to detect untrusted attachments.The objective of the work is to solve the problem of extracting the structure of the functional level from a flat circuit of the transistor level by recognizing in it subcircuits that implement logical elements.M e t h o d s. Graph based methods are proposed for solving some key problems arising at the stage of structural recognition of CMOS gates in a transistor circuit: partitioning a graph into connectivity components corresponding to transistor subcircuits; recognition of subcircuits that are logical elements, and functions implemented by them; forming a library of recognized gates and constructing two-level transistor circuit. The original flat and resulting two-level transistor circuits are presented in SPICE format.Re s u l t s. The proposed methods are implemented in C++ as a part of a transistor circuit decompilation programfor the case without any predetermined cell library. All steps of the proposed methods of structural CMOS gates recognition are performed in a linear time from the number of transistors in the initial circuit.Co n c l u s i o n. The decompilation program has been tested on practical transistor-level circuits. Experiments indicate that the present tool is fast enough to process circuits with more than a hundred thousand transistors in a few minutes on a personal computer. Currently, the authors are developing methods for recognizing more complex elements in a transistor circuit, such as memory elements.Ц е л и. С ростом трудоемкости верификации и моделирования современных СБИС, содержащих сотни миллионов транзисторов, основными инструментами автоматизированного проектирования и верификации становятся средства извлечения из плоского (неиерархического) описания схем на транзисторном уровне иерархического описания на уровне логических элементов. Средства декомпиляции транзисторных схем не только позволяют существенно снизить время выполнения проверки топологии, но и служат основой для генерации тестовых наборов, логического перепроектирования интегральных схем и обратного инжиниринга для обнаружения несанкционированных вложений.Целью работы является решение задачи извлечения структуры функционального уровня из плоской схемы транзисторного уровня путем распознавания в ней подсхем, реализующих логические элементы.М е то д ы. Предлагаются графовые методы решения некоторых ключевых задач, возникающих на этапе структурного распознавания КМОП-вентилей в транзисторной схеме: разбиение графа на компоненты связности, соответствующие подсхемам из транзисторов; распознавание подсхем, являющихся логическими элементами, и реализуемых ими функций; формирование библиотеки распознанных вентилей и построение двухуровневого описания транзисторной схемы. Исходная плоская и полученная двухуровневая транзисторные схемы представляются в формате SPICE.Р е з у л ь т а т ы. Предложенные методы реализованы на языке C++ как часть программы декомпиляции транзисторных схем для случая, когда искомая библиотека логических элементов заранее неизвестна. Все шаги предлагаемых процедур структурного распознавания КМОП-вентилей в плоской транзисторной схеме выполняются за линейное время от числа транзисторов исходной схемы.З а к л ю ч е н и е. Программа декомпиляции была протестирована на практических схемах транзисторного уровня. Показано, что она имеет достаточное быстродействие, чтобы обрабатывать схемы более чем со 100 тыс. транзисторов за несколько минут на персональной ЭВМ. В настоящее время авторами разрабатываются методы распознавания в транзисторной схеме более сложных элементов, таких как элементы памяти
Выбор сервиса видео-конференц-связи и его адаптация для учреждения образования
Get PDFObjectives. The authors aimed to demonstrate the need for implementation of video conferencing service into the learning process, to select a video conferencing service, and to conduct a computer experiment with the selected BigBlueButton video conferencing service.Methods. The problems of choosing a video conferencing service from the list of video conferencing and video conferencing software are considered. At the stage of software selection, the features of its operation, requirements for hardware and for integration into internal information systems are indicated. Load testing of the video conferencing service was carried out by the method of volume and stability testing.Results. The load graphs for hardware components of the virtual server in the long term period are presented. The article describes the results of the graphs analysis in order to identify the key features of the video conferencing service during the test and trial operations.Conclusion. Taking into account the cost of licensing, as well as integration into the e-learning system, a choice of video conferencing service was made. A computer experiment was carried out with the selected BigBlueButton video conferencing service. The features of the hardware operation of the virtual server (on which the BigBlueButton system is located) have been determined. The load graphs for the central processing unit, random access memory and local computer network are presented. Problems of service operation at the stage of load increase are formulated.Цели. Авторы преследовали цели показать необходимость внедрения сервиса видео-конференц-связи в процесс обучения, осуществить выбор сервиса видео-конференц-связи и провести компьютерный эксперимент с выбранным сервисом видео-конференц-связи BigBlueButton.Методы. Рассмотрены проблемы выбора сервиса видео-конференц-связи из перечня программно-аппаратных видеоконференций и программного обеспечения видеоконференций. На этапе подбора программного обеспечения указаны особенности его работы, требования к аппаратному обеспечению и к интеграции во внутренние информационные системы. Нагрузочное тестирование сервиса видеоконференцсвязи проведено методом объемного тестирования и тестирования стабильности.Результаты. Приведены графики нагрузки на аппаратные компоненты виртуального сервера в долгосрочном периоде. Описаны результаты анализа графиков на предмет выявления ключевых особенностей работы сервиса видео-конференц-связи в период тестовой и опытной эксплуатации.Заключение. С учетом стоимости лицензирования, а также интеграции в систему электронного обучения осуществлен выбор сервиса видео-конференц-связи. Проведен компьютерный эксперимент с выбранным сервисом видео-конференц-связи BigBlueButton. Определены особенности работы аппаратного обеспечения виртуального сервера, на котором расположена система BigBlueButton. Представлены графики нагрузки на центральный процессор, оперативную память и локальную компьютерную сеть. Сформулированы проблемы эксплуатации сервиса на этапе прироста нагрузки
Совершенствование инструментальных средств обработки и анализа космической информации
Get PDFThe need of the creation of information system with specialized services which allow scientists and specialists to perform thematic processing of Earth remote sensing data, changing the data processing parameters in a certain way, and independently analyze the information received is shown.To achieve the goal of rapid provision of information, the development of specialized information system is considered on the example of the creation of the software package for the dissemination of operational space information, as well as a software package for predicting the yield of grain crops.The structure of the software package for the dissemination of operational space information is shown. The technical and functional characteristics of the separate components of the package are given. The relations of the subsystems of the package are shown during data receiving, processing, analyzing and providing information to interested specialists and researchers. Attention is drawn to the possibilities of wide application of the software package for the dissemination of operational space information for solving scientific and applied problems in various fields of knowledge.The practical application of vegetation indexes in the analysis of operational space information is shown. The data of the practical results of forecasting of the grain crops development, as well as the quantitative indicators of satellites sessions are presented. The possibility of further improvement and development of the created information system is shown.Показывается необходимость создания информационной системы, имеющей специализированные сервисы, которые позволяют ученым и специалистам выполнять тематическую обработку данных дистанционного зондирования Земли, изменяя определенным образом параметры обработки данных, и самостоятельно анализировать полученную информацию.Рассматривается разработка специализированной информационной системы для оперативного предоставления информации на примере создания программного комплекса распространения оперативной космической информации и работающего во взаимодействии с ним программного комплекса прогноза урожайности зерновых культур.Представляется структура программного комплекса распространения оперативной космической информации. Приводятся технические и функциональные характеристики его отдельных элементов. Показываются связи подсистем комплекса при приеме, обработке, анализе данных и предоставлении информации заинтересованным специалистам и исследователям. Обращается внимание на возможности широкого применения комплекса для решения научных и прикладных задач в различных областях знаний. Описывается практическое применение вегетационных индексов при анализе оперативной космической информации. Приводятся данные о практических результатах прогнозирования развития зерновых сельскохозяйственных культур и количественных показателях сеансов с космических аппаратов. Показывается возможность дальнейшего совершенствования и развития созданной информационной системы
Автоматическое регулирование температуры воздуха в теплице с учетом данных прогноза погоды
Get PDFThe paper concerns the problem of improving energy efficiency and the quality of air temperature automatic control in industrial greenhouses. The article proposes a method based on the principle of disturbance compensation using weather forecast data. The plant dynamic model structure is described by the linear 1st order aperiodic link with delay both for the control circuit and for the disturbance circuit. To solve the problem of time delays in the plant mathematical model it is suggested along with the use of outside temperature sensor signal to take into account the weather forecast data for the outdoor temperature changes over the specific forthcoming interval of time. It allows the controller to generate appropriate compensation control signal in advance. The block diagram of the automatic control system of the greenhouse temperature is given. Theoretical mathematical expressions for the regulation algorithm and analysis of regulation quality are obtained and the results of numerical modeling of the temperature control process are presented. The proposed automatic control method can be used to regulate the air temperature in buildings with high requirements for microclimate parameters.Рассматриваются вопросы повышения энергоэффективности и улучшения качества автоматического регулирования температуры воздуха в промышленных теплицах. Предлагается метод управления температурой воздуха в промышленной теплице на основе принципа компенсации возмущения с использованием данных прогноза погоды. Динамические свойства объекта управления приближенно описываются линейным апериодическим звеном первого порядка с запаздыванием. Для решения проблемы наличия транспортного запаздывания в объекте управления при выработке управляющего сигнала в цепи компенсации возмущения помимо сигнала датчика наружной температуры учитываются также данные прогноза изменения наружной температуры на определенный предстоящий интервал времени, что позволяет заблаговременно осуществлять соответствующее компенсирующее управляющее воздействие. Приводятся структурная схема системы автоматического регулирования температуры в помещении, теоретические математические выражения для синтеза регулятора и анализа качества регулирования, а также результаты численного моделирования процесса регулирования температуры. Предлагаемый метод управления может быть использован при регулировании температуры воздуха в зданиях и сооружениях с повышенными требованиями к параметрам микроклимата
Оценка состояния умственной усталости оператора под действием электромагнитного шумового излучения
Get PDFObjectives. The problem of determining the mental fatigue of the operator, which is processing the confidential information under the influence of electromagnetic noise radiation, is solved. The relevance of the problem is associated with the need to process the confidential information by the operator located in the limited space of a mobile technical system.Methods. The methods of spectral analysis theory of the results, received in the process of experimental studies the electroencephalograms, are used.Results. The results of experimental studies were obtained based on the processing and analysis of electroencephalograms recorded in standard leads Fp1, Fp2, F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1, O2, F7, F8, T3, T4, T5, T6. The following quantitative parameters have been analyzed: power spectral density of delta-, theta-, alpha-, beta-, gamma-rhythms under the influence of electromagnetic noise radiation.Conclusion. The presence of mental fatigue of the operator is based on a comparative analysis of the obtained results and the data described in the scientific literature related to the occurrence of chronic mental fatigue; the fatigue caused by the military performing simulation tasks; mental fatigue caused by performing an RVP test.Цели. Решается задача определения состояния умственной усталости оператора при передаче и обработке информации в условиях электромагнитных шумовых излучений. Актуальность задачи связана с необходимостью обработки и передачи информации конфиденциального характера оператором, находящимся в ограниченном пространстве мобильной технической системы.Методы. Используются методы теории спектрального анализа экспериментально полученных данных.Результаты. Результаты представленных экспериментальных исследований получены на основе обработки и анализа электроэнцефалограмм, зарегистрированных в стандартных отведениях Fp1, Fp2, F3, F4, С3, С4, P3, P4, О1, О2, F7, F8, T3, T4, T5, T6. Проанализированы спектральные плотности мощностей дельта-, альфа-, бета-, гамма-ритмов указанных отведений электроэнцефалограмм оператора при воздействии электромагнитных шумовых излучений.Заключение. Наличие умственной усталости оператора в условиях электромагнитных излучений основывается на сравнительном анализе полученных результатов и описанных в научной литературе данных, связанных с возникновением хронической умственной усталости; усталости, вызванной выполнением симуляционных заданий военными, и усталости, вызванной выполнением теста RVP
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ БЕЛОРУССКОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ В ПРОЦЕССЕ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Get PDFПриводится расчет надежности Белоруcской космической системы дистанционного зондирования Земли (БКСДЗ). Предлагается в процессе летных испытаний БКСДЗ осуществить контроль ее надежности экспериментальным и расчетно-экспериментальным методами. Выбираются планы контроля показателей надежности, которые обеспечивают приемлемое, с позиций летных испытаний, время испытаний